Что такое измерение сопрот

Измерение сопротивления

При изготовлении, монтаже и эксплуатации электротехнических и радиотехнических устройств и установок необходимо изменять электрическое сопротивление.

В практике для измерения сопротивлений применяют различные методы в зависимости от характера объектов и условий измерения (например твердые и жидкие проводники, заземлители, электроизоляция); от требований к точности и быстроте изменения; от величины измеряемых сопротивлений.

Методы измерения малых сопротивлений существенно отлича­йся от методов измерения больших сопротивлений, так как в первом случае надо принимать меры для исключения влияния на ре­зультаты измерений сопротивления соединительных проводов, пе­реходных контактов.

Далее рассмотрим только те методы, которые в практике применяют наиболее часто.

Измерительные механизмы омметров. Для прямого измерения сопротивлений применяют магнитоэлектрические измерительные механизмы одно- и двухрамочные.

Однорамочный механизм, можно ис­пользовать для измерения сопротивлений. С этой целью в прибор вводят добавочный резистор с постоянным сопротивлением R_д и снабжают его источником питания (например, батареей сухих элементов). Измеряемое сопротивление R_x включается с измери­телем последовательно (рис. 6.16) или параллельно.

При последовательном соединении ток в измерителе I=U/(R_и+R_д+R_x) где R_и — сопротивление измерителя; U — на­пряжение источника питания.

Учитывая формулу (6.2), находим, что угол отклонения стрел­ки прибора при U = const зависит только от величины измеряемо­го сопротивления R_x:

Если шкалу отградуировать по этому выражению в единицах сопротивления, то прибор будет омметром. Напряжение сухих эле­ментов со временем уменьшается, поэтому в измерения вносится ошибка, тем большая, чем больше действительное напряжение от­личается от того напряжения, при котором была градуирована шкала.

Ошибка от непостоянства напряжения питающего источника не возникает, если измерительный механизм имеет две обмотки, расположенные на общей оси под некоторым углом друг к другу (рис. 6.17).

В двухрамочном измерительном механизме, который называют логометром, нет противодействующих пружин, вращающий и про­тиводействующий моменты создаются электромагнитными сила­ми. Поэтому при отсутствии тока в обмотках хорошо уравно­вешенная подвижная часть прибора находится в безразлич­ном равновесии (стрелка останавливается у любого деления шка­лы)- Когда в катушках есть ток, на подвижную часть действуют два электромагнитных момента, направленные в противополож­ные стороны.

Магнитная цепь измерительного механизма устроена так, что магнитная индукция вдоль воздушного зазора распределена неравномерно, но с таким расчетом, что при повороте подвижной части в любую сторону вращающий момент уменьшается, а проти­водействующий момент увеличивается (в зависимости от направ­ления поворота роль моментов меняется).

Подвижная часть останавливается при M_1Bp = M_2ap или N₁ SB₁I_1к=N₂ SB_2кI_2к . Отсюда следует, что поло­жение стрелки на шкале зависит от отношения токов в обмотках, т.е. α=f (I_1k/I_2k), но не зависит от напряжения питающего источника.

На схеме рис. 6.17 видно, что измеряемое сопротивление R_x входит в цепь одной из катушек логометра, поэтому ток в ней, а так­же отклонение стрелки прибора однозначно зависит от значения R_x.

Используя эту зависимость, шкалу градуируют в единицах со­противления и тогда прибор, является омметром. Омметры для из­мерения сопротивления изоляции снабжают источником питания с напряжением до 1000 В, чтобы измерение проводить при напря­жении, примерно равном рабочему напряжению установки. Таким источником может быть встроенный магнитоэлектрический генератор с ручным приводом или трансформатор с выпрямите­лем, включаемый в сеть переменного тока.

Омметры, рассчитанные на измерения больших сопротивлений (больше 1 МОм), называют мегомметрами.

Косвенные методы измерения сопротивлений. Сопротивление резистора или другого элемента электрической цепи можно определить по показаниям вольтметра и амперметра (при постоян­ном токе), применяя закон Ома: R_X=U/I (схемы рис. 6.18, а, б). По схеме на рис. 6.19 определяют сопротивление R_x по показаниям одного вольтметра. В положении 1 переключателя П вольтметр из­меряет напряжение сети U, а в положении 2 — напряжение на за­жимах вольтметра U_в. В последнем случае U_B/R_B = U_x/R_x. Отсюда

Косвенные методы применяют для измерения средних сопротивле­ний, а одним вольтметром измеряют также большие сопротивле­ния. Точность этих методов значительно зависит от соотношения величин измеряемого сопротивления R_x и внутренних сопротивле­ний амперметра (R_a) и вольтметра (R_B). Результаты измерения можно считать удовлетворительными по точности, если выполняются условия: R_x≥100R_а (см. схему рис. 6.18, а); R_x≤R_в/100 (см. схему рис. 6.18, 6); R_X≤R_B (см. схему рис. 6.19).

Методы и приборы сравнения. Для измерения малых и средних сопротивлений применяют метод сравнения измеряемого сопротивления R_x с образцовым R_o. Эти два сопротивления на схе­ме рис. 6.20 соединены последовательно, поэтому ток в них один и тот же. Величину его регулируют с помощью резистора R_p, так, чтобы она не превышала допустимого тока для сопротивлений Rх и Ro U_x/R_x=Uo/Ro- Отсюда R_X = R_O U_X/U₀. Неизвестные падения напряжения U_x и Uo измеряют вольтметром или потенциометром. Результаты измерения получаются более точными, если сопротив­ления R_x и Ro одного порядка, а сопротивление вольтметра доста­точно велико, так что присоединение его не влияет на режим основ­ной цепи.

При измерении малых сопротивлений этим методом вольтметр подключают с помощью потенциальных зажимов, которые позволяют исключить сопротивления контактов основной цепи из результатов измерения.

Средние и большие сопротивления можно измерить методом замещения (рис. 6.21). Амперметром А измеряют ток, устанав­ливая переключатель П в положение 1, а затем 2. Напряжение на входных зажимах схемы одинаково, поэтому U — I_xR_x = IoRo. Отсюда R_x = R_oI_o/I_x

При измерении больших сопротивлений амперметр заменяют гальванометром с шунтом, чем значительно повышают точность измерения.

Наиболее точные результаты при измерении сопротивлений дают мостовые схемы, которые в практике применяют в различ­ных вариантах в зависимости от величин измеряемых сопротив­лений и требуемой точности измерения.

Чаще других можно встретить прибор, построенный по схеме (рис. 6.22), который в практике называют «одинарным мостом». В данном случае в мостовую схему входят сопротивления R₁;R₂;R;R_x, которые образуют замкнутый контур. А, Б, В, Г из четырех ветвей (их называют «плечами моста»).

В одну диагональ схемы включен источник постоянного тока, в другую — гальванометр с двусторонней шкалой (нуль в середи­не шкалы).

Предположим, что при некотором сопротивлении R_x другие сопротивления подобраны так, что ток в измерительной диагона­ли I_г = 0, т. е. потенциалы V_Б и V_r одинаковы при замкнутых выключателях K₁ и К₂. В этом случае I₁=I₂;I_x=I;I₁R₁=I_xR_x;I₂R₂=IR.

Используя эти равенства, нетрудно получить выражение для измеряемого сопротивления R_X = RR₁/R₂. Если сопротивления R₁ и R₂ одинаковые по величине, то R_X = R. В приборе промышленного изготовления R — это набор резисторов (магазин сопротивле­ний), составленный по декадному принципу. На верхней крышке расположены переключатели, с помощью которых можно набрать в известных пределах любую величину сопротивления с точно­стью, которая определяется самой малой ступенью изменения сопротивления.

Для расширения пределов измерения величины R₁ и R₂ подби­рают так, чтобы их отношение можно было изменить тоже по десятичной системе (например, R/R₂= 100; 10; 1; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001).

Одинарные мосты применяют в основном для измерения сред­них сопротивлений. При измерении малых сопротивлений измеря­емый элемент включают по особой схеме или применяют специ­альные мосты, предназначенные для этой цели.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Общие сведения

Электрические машины, действия которых основаны на электромагнитных явлениях и которые служат для преобразования механической энергии и электрическую, называют электромашинными генераторами, а преобразующие электрическую энергию в механическую — электродвигателями. Применяют также электри­ческие машины для преобразования электрической энергии одних параметров в другие, которые называют преобразователями. Пре­образовываться могут: род тока, частота, напряжение, число фаз и другие параметры электроэнергии.

Электрические генераторы приводятся во вращение паровыми и водяными турбинами, двигателями внутреннего сгорания и др. Электродвигатели служат для приведения в действие станков, раз­личных машин, транспортного оборудования и др.

К электрическим машинам относят трансформаторы — стати­ческие аппараты, не имеющие движущихся частей, но по своему устройству и принципу действия, имеющие много общего с элект­рическими машинами.

Электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. могут работать генератором. Если их вращать каким-либо двигате­лем или подводить к ним электроэнергию, они могут использо­ваться как электродвигатели. Однако при проектировании элект­ромашин учитывают требования, предъявляемые особенностями их работы генератором или электродвигателем.

Электрические машины подразделяются на машины перемен­ного и постоянного тока.

Электрические машины переменного тока разделяют на синх­ронные, асинхронные, коллекторные.

Наибольшее применение имеют синхронные генераторы пере­менного трехфазного тока и трехфазные асинхронные электродви­гатели. Коллекторные электродвигатели переменного тока имеют ограниченное применение вследствие сложности устройства, об­служивания и более высокой стоимости. Основным их преимуще­ством является возможность регулирования скорости вращения в широких пределах, что затруднительно в асинхронных двигателях.

Электрические машины постоянного тока представляют собой со­четание машин переменного тока с механическим выпрямителем-коллектором, являющимся неотъемлемой частью этих машин. С по­мощью коллектора переменный ток преобразуется в постоянный.

Электрические машины постоянного тока имеют ограничен­ную область применения вследствие более высокой стоимости этих машин и сложности их эксплуатации, по сравнению с машинами переменного тока.

Трансформаторы

Трансформатором называется устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока одной величины в напряжение переменного тока другой величины.

Простейший трансформатор (рис. 2.1) состоит из замкнутого сердечника, набранного из отдельных, изолированных друг от друга листов трансформаторной стали. На сердечнике размещаются об­мотки. Обмотка, которая подключается к источнику переменного тока, называется первичной. Обмотка, к которой присоединяют нагрузку, называется вторичной.

Переменный ток, протекая по первичной обмотке, создает магнитный поток Ф. Он пронизывает все обмотки одновременно и в каждой из них индуктирует перемеренную ЭДС, величина которой пропорциональна числу витков в обмотке. Чем больше витков, тем больше ЭДС:

где Е _<— ЭДС первичной обмотки (ЭДС самоиндукции); Е₂ — ЭДС вторичной обмотки (ЭДС взаимоиндукции); ₁, и ₂ — число вит­ков в первичной и вторичной обмотках.

Пренебрегая падением напряжения внутри обмоток, можно считать, что при отключенной нагрузке (холостом ходе) индукти­

тогда

руемые ЭДС в обмотках равны напряжениям, действующим на первичной и вторичной обмотках:

где U₁ и U₂ — напряжения на первичной и вторичной обмотках.

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке тем боль­ше, чем больше она имеет число витков. Отношение напряжения

на зажимах первичной обмотки к напряжению на вторичной об­мотке называется коэффициентом трансформации К:

Трансформатор называется понижающим, если напряжение на вторичной обмотке меньше, чем напряжение на первичной об­мотке (К>1).

Трансформатор называется повышающим, если напряжение на вторичной обмотке больше, чем напряжение на первичной об­мотке (К

Источник

Измерение сопротивлений

Мост для измерения сопротивления

Мерой электрического сопротивления, т. е. образцом единицы сопротивления, является образцовая катушка сопротивления. Набор катушек сопротивления, соединяемых по определенной схеме, называется магазином сопротивлений.

Магазины сопротивлений бывают ш тепсельные и рычажные, у первых переключение катушек производится при помощи штепселей, у вторых — при помощи рычажных переключателей. На рис. 7-28 дана схема одной «декады» пятикатушечного рычажного магазина сопротивления, дающего возможность переключателем изменять включенное между зажимами сопротивление от 0 до 9 ом ступенями по 1 ом.

Мост для измерения сопротивлений, схема которого показана на рис. 7-29, состоит из трех плеч — трех магазинов сопротивлений: r₁, r₂ и r Четвертым плечом служит измеряемое сопротивление r_х. В одну диагональ моста включают источник питания, в другую — гальванометр.

Изменяя сопротивления трех плеч, при замкнутой кнопке Ʀ₁ можно получить равенство потенциалов: точек А и Б, о чем можно судить по отсутствию отклонения стрелки гальванометра при замыкании кнопки Ʀ₂.

Рис. 7-28. Рычажный пятикатушечный магазин сопротивлений

По найденной формуле для уравновешенного м о с т а и подсчитывают искомое сопротивление.

Рис. 7-29. Мост для измерения сопротивлений.

Если в схеме моста сопротивления трех плеч и напряжение питания неизменны, то ток в гальванометре зависит только от сопротивления r _х. Это позволяет на шкале гальванометра нанести деления, дающие значения искомого сопротивления или величины, от которой оно зависит, например температуры. Такие измерительные мосты называются неуравновешенными.

Измерение сопротивлений амперметром и вольтметром

Величина сопротивления найденная по показанию амперметра и вольтметра (рис. 7-30), больше действительной величины искомого сопротивления r_х на величину сопротивления амперметра, так как в схеме на рис. 7-30 вольтметр измеряет сумму на пряжений на сопротивлении r_х и на амперметре. Если измеряемое сопротивление значительно больше сопротивления амперметра, то погрешность измерения будет небольшой.

Рис. 7-30. Схема соединения для измерений сопротивлений амперметром и вольтметром (для больших сопротивлений).

наиденная по показанию приборов (рис. 7-31), меньше действительной величины искомого сопротивления r_x так как амперметр измеряет сумму токов в сопротивлении r _х и в вольтметре. Если измеряемое сопротивление значительно меньше сопротивления вольтметра, то погрешность будет небольшой.

Рис. 7-31. Схема соединения для измерений сопротивлений амперметром и вольтметром (для меньших сопротивлений).

Омметры

Омметры и мегомметры это приборы для непосредственного измерения сопротивлений.

Они делятся на две группы: омметры, показания которых зависят от напряжения источника питания, и омметры, показания которых не зависят от напряжения источника питания. Омметр первой группы (рис. 7-32) состоит из магнитоэлектрического измерительного механизма с добавочным сопротивлением r_д и последовательно соединяемым измеряемым сопротивлением r_х — последовательная схема. Омметр часто снабжается батареей сухих элементов.

Рис. 7-3-2. Последовательная схема омметра, показания которого зависят от напряжения источника питания.

При разомкнутой кнопке Ʀ ток в цепи

где α и С — угол поворота подвижной части и постоянная по току измерительного механизма. Из выражения следует, что

Таким образом, для получения однозначной зависимости угла поворота подвижной части от измеряемого сопротивления, а следовательно, возможности нанести на шкале значения этого сопротивления необходимо при постоянной величине r_и + r_д обеспечить постоянство отношения U/C.

Для поддержания неизменным отношения U/C при изменении напряжения источника питания необходимо регулировать величину С, что достигается изменением магнитной индукции в воздушном зазоре измерительного механизма магнитным шунтом. Магнитный шунт это стальная пластина, которую поворо том винта приближают или удаляют от полюсных башмаков N’, S’ измерительного механизма (рис. 7-1).

Для регулировки величины С, при подключенных батарее и сопротивлении r_x замкнув кнопку Ʀ изменяют поло жение магнитного шунта до тех пор, пока стрелка омметра не установится на нуль шкалы. Разомкнув кнопку, отсчитывают на шкале значение измеряемой величины.

На рис. 7-33 дана другая — параллельная схема того же омметра, в которой измеряемое сопротивление r _х соединяется параллельно измерительному механизму. Можно доказать, что при постоянной величине r_и + r_д и неизменном отношении U /С угол поворота подвижной части будет однозначно зависеть от измеряемого сопротивления.

Омметры второй группы имеют магнитоэлектрический измерительный механизм с двумя рамками на одной оси (рис. 7-34). Ток к рамкам подводится при помощи безмомент йых ленточек, не создающих противодействующих моментов.

Рис. 7-33. Параллельная схема омметра, показания которого зависят от напряжения источника, питания.

Токи в рамках направлены противоположно, так что от взаимодействия их с полем магнита создаются два момента, направленные в разные стороны. Разность этих моментов вызывает поворот подвижной части на угол, при котором моменты взаимно уравновешивают друг друга. Угол поворота подвижной части определяется отношением токов в рамках, т. е.

Измерительные механизмы, угол поворота которых зависит от отношения токов, называются логометрами.

Рис. 7-34. Измерительный механизм логометра.

Одна параллельная ветвь омметра логометра (рис. 7-35) состоит из рамки и измеряемого сопротивления r_x, другая ветвь — из второй рамки и добавочного сопротивления r _д. Приняв во внимание, что токи в параллельных ветвях распределяются обратнопропорционально их сопротивлениям, можно написать:

Так как r_д — неизменно, то угол поворота зависит только от величины измеряемого сопротивления.

Источником питания обычно служит магнитоэлектрический генератор, расположенный в кожухе омметра, приводимый во вращение от руки.

Измерение сопротивления изоляции

Сопротивление изоляции установки легко изменяется, поэтому его необходимо периодически измерять.

Рис. 7-35. Схема омметра логометра.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ):

а) испытание сопротивления изоляции осветительных и силовых электропроводок производится мегомметром с напряжением 1 000 в;

б) наименьшее сопротивление изоляций допускается 0,5 Мом;

в) сопротивление изоляции при снятых плавких вставках измеряется на участке между смежными предохранителями или за последним предохранителем, между любым проводом и землей, а также между любыми двумя проводами.

Сопротивление изоляции сети, не находящейся под рабочим напряжением, определяется при помощи мегомметра. Для измерения изоляции один из зажимов, помеченный буквой Л, присоединяют к испытуемому проводу, а второй зажим мегомметра, помеченный буквой 3, соединяют с землей (рис. 7-36). Вращая рукоятку мегомметрам номинальной скоростью, отсчитывают на шкале искомое сопротивление.

Рис. 7-36. Схема для измерения сопротивления изоляции провода относительно земли.

Присоединив зажим мегомметра Л к второму проводу, аналогично определяют сопротивление изоляции второго провода относительно земли. Для измерения сопротивления изоляции между двумя проводами к ним присоединяют два зажима мегомметра (рис. 7-37). Аналогичным образом производится измерение сопротивления изоляции электрических машин и аппаратов.

Статья на тему Измерение сопротивлений

Источник